IMTS 2018: 항공우주 초합금용 고성능 연삭숫돌 마스터하기

초합금 소재를 최적으로 연삭하는 방법에 대한 더 깊은 이해를 얻으세요. 올해 IMTS에 참석한다면 고성능 연삭에 초점을 맞춘 여러 컨퍼런스 세션을 주목하고, 일상 가공 작업에 도움이 될 기술을 확인하세요.

항공우주와 에너지 분야에서 널리 사용되는 Inconel 718, Hastelloy C-276, Monel K500 같은 금속은 온도와 부식에 강하며, 허약한 강철 사촌들보다 훨씬 우수한 기계적 특성을 가집니다.

"니켈 기반 초합금은 항공기 엔진 총 중량의 40% 이상을 차지하며, 엔진의 연소실과 터빈 섹션에 응용됩니다."라고 Norton | Saint Gobain의 선진 응용 엔지니어링 그룹 리더 Dr. K. Philip Varghese는 IMTS 2018 컨퍼런스 프레젠테이션 설명에서 언급합니다. "그들의 사용은 주로 극한 환경에서 고온 강도, 인성, 저하 저항의 독특한 조합 때문입니다." Varghese는 9월 12일 수요일 오전 10시 IMTS 시카고에서 "니켈 기반 초합금의 고성능 연삭"을 발표합니다.

불행히도 이 초합금들은 연삭하기도 상당히 까다롭습니다. 높은 압력으로 인해 가공 경화가 흔하고, 대부분 초합금의 열전도율이 낮아 연삭 구역 내 열이 높으며, 방치 시 공작물을 손상시킬 수 있습니다. 이는 또한 황삭과 정삭 사이에 공작물을 식히고 '디스트레스'시켜야 함을 의미할 수 있습니다.

B1112 강철의 가공성 등급이 100%인 반면, 대부분 인코넬은 12%, 고코발트 L-605(일명 Haynes 25)는 단 9% 가공성입니다. 설상가상으로 연삭은 일반적으로 공작물에서 수행되는 마지막 공정 중 하나입니다. 고객 납기일은 스크랩 부품이나 기타 생산 지연 시 쉽게 미끄러질 수 있습니다. 평면, 원통, 센터리스 연삭 어떤 것이든 이 슈퍼 소재 작업은 벅찰 수 있습니다.

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연삭숫돌 유형: 초합금용 올바른 휠 선택

다행히 최고 연삭숫돌 선택부터 고성능 연삭 공장이 되는 여러 방법이 있습니다. 많은 전문가들은 강철 연삭에 사용되는 파라미터가 초합금에도 동일하게 적용 가능하다고 제안합니다. 이는 강철 연삭에 선호되는 산화알루미늄 휠이 초합금의 첫 선택임을 시사합니다. 이는 좋은 조언이지만, 대부분의 연삭숫돌 공급업체는 니켈 기반 소재용으로 특별히 설계된 프리미엄 제품을 제공합니다. 이들은 일반적으로 세라믹-알루미나 혼합으로, 부서지기 쉬우면서 강한 결합 덕분에 최소 열을 발생시키고 대부분 자가 연마됩니다.

"이 초합금의 HPG(고성능 연삭) 공정에서 더 높은 생산성과 더 긴 휠 수명이라는 상충하는 목표를 생존할 수 있는 것은, 낮은 임계 파워/힘으로 재료를 제거하고 연삭에서 더 낮은 비에너지를 소비하는 특정 연마숫돌뿐입니다."라고 Varghese는 언급합니다.

초합금은 끈적거리고 휠을 로드하기 쉬우므로 이 속성이 중요합니다. 또한 열 축적을 방지해 열 체킹과 미세 크래킹을 막는 개방형 그레인도 중요합니다. 최악의 경우, 로드된 휠이 공작물 표면을 절삭하지 않고 문지르면 백색층(white layer)이 생기는데, 이는 소재 표면 무결성을 저하시키므로 항공우주 분야에서 절대 금기입니다.

물론 연삭숫돌 선택은 많은 요인에 달려 있습니다. 평면 연삭은 원통 연삭과 다르게 동작하고, 원통 연삭은 크리프 피드나 센터리스 연삭과 다릅니다. 가공되는 실제 초합금과 제거량도 역할을 합니다. 예를 들어 비트리파이드 CBN 휠이 티타늄 베벨 기어 형상 황삭에 가장 적합할 수 있지만, 인코넬 터빈 블레이드 루트 형상 크리프 피드 연삭에는 첨단 세라믹이 종종 필요합니다.

고성능 기계 연삭에서 쿨런트와 절삭유의 역할

개방형 그레인, 자가 연마 휠이 초합금 연삭의 좋은 출발점이듯, 고품질, 잘 여과되고 유지되는 수계 절삭유(황/염소 첨가제로 윤활성 제공)도 열 유발 표면 손상 위험 없이 최대 재료 제거를 보장하는 좋은 출발점입니다. 다만, 일부 항공우주 회사가 입자간 부식 가능성으로 인해 황/염소 기반 절삭유 사용을 제한하므로 고객과 확인해야 합니다.

CBN 휠의 경우나 고객이 특정 수계 오일 사용을 금지하는 경우, 순수 오일을 사용해야 하지만, 이는 수계 쿨런트만큼 열 제거에 효과적이지는 않습니다. 어떤 유체든 그 속도는 공작물 표면에서 측정된 휠 속도를 초과해야 합니다. 특수 형상 연삭 시 노즐 형상이 그 형상과 일치해 100% 커버리지를 제공해야 합니다. 마지막으로 연삭은 유체를 미세 입자로 분해하는 경향이 있고, 이 입자들이 발암성일 수 있으므로 작업자 안전을 위해 적절한 크기의 공기 여과 시스템을 항상 사용해야 합니다.

올바른 지원 연삭숫돌 드레서 선택

초합금이 모든 연삭 공정의 한계를 밀어붙이므로, 휠 유효성의 창은 종종 꽤 작습니다. 황삭에 사용된 결합제, 그릿, 경도가 정밀 정삭에는 완전히 무용지물이 될 수 있으므로 공정 중 휠 교체가 필요할 수 있습니다. 모든 연삭기 조작자가 알듯, 연삭숫돌 교체는 삶의 일부지만, 자동 휠 교환 기능이 있는 기계는 생산 목적에서 최적 처리량에 한 걸음 더 다가가게 합니다.

또 다른 큰 걸음은 연속 휠 드레싱입니다. 애프터마켓 부착물이 있지만, 예산 허용 시 다음 CNC 연삭기에 이 옵션을 주문하는 것이 최선입니다. 개방형 그레인, 자가 연마 휠이 초합금에 가장 효과적인 것과 같은 이유로, 연속 드레싱은 휠을 항상 예리하게 유지합니다. 연삭 힘은 감소하고, 표면 조도와 정확도는 향상되며, 중요한 항공우주, 원자력, 의료 부품에 백색층이나 기타 표면 손상 생성 우려가 거의 없습니다.

현재 연삭기가 10대 이상이고 작업량이 이를 뒷받침한다면, 까다로운 항공우주 작업을 위해 특별히 설계된 최신 CNC 연삭기에 투자하세요. 자동 드레싱, 통합 부품 측정, 팔레트 교환, 로봇 부품 핸들링, 첨단 다축 모션 컨트롤 같은 기능으로 오늘날 기계 공구는 투자 가치가 충분합니다. 고성능 연삭 공장이 되고 싶다면 이곳이 완벽한 시작점이 될 수 있습니다.

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